Производство растительных масел является одним из основных сегментов пищевой промышленности России. В последние годы в России наблюдается рост объема производства масел с высокой степенью обработки. Если в 2006 г. доля рафинированных и гидрогенизированных масел от общего объема производства составляла лишь 41 %, то в 2010 г. – уже 60 %. По прогнозам экспертов, к 2015 г. доля масел с высокой степенью очистки в общем объеме производства растительных масел составит более 71 %.
Увеличение производства рафинированного дезодорированного масла приводит к увеличению количества отходов, содержащих ценные побочные продукты, в том числе фитостерины и их эфиры. Основным отходом производства очищенного масла, содержащим экономически значимое количество фитостеринов, является отработанное скрубберное масло (деодистиллят), получаемое на стадии очистки масла от примесей (дезодорации) – высокотемпературной перегонки с острым водяным паром при пониженном давлении. Обычно деодистиллят имеет следующий состав: 30–85 % свободных жирных кислот, 1–8 % токоферолов, 5–30 % глицеридов, 0–5 % эфиров стеринов и 12–15 % свободных стеринов. В деодистилляте соевого масла фитостерины могут составлять от 5 до 25 %.
Крупнейшие фармацевтические компании мира используют стерины в качестве основного исходного сырья в синтезе стероидных медицинских препаратов. В последние годы в мире, в том числе и в России, разработаны эффективные биотехнологические методы окислительной деградации боковой цепи стеринов с образованием 3-кетоандростанов и одновременной или последовательной функционализацией 1 (2), 9 и 17 положения. Продукты микробиологической деградации стеринов – базовые структурные предшественники практически всей номенклатуры стероидных препаратов – представлены на рисунке.
Направления микробиологической трансформации стеринов
(трансформируемые стерины: R=C2H5 –β-ситостерин; R=CH3 – кампестерин;)
Коммерческая актуальность этих процессов подтверждается тем, что на мировом рынке только АД и АДД ежегодно продается свыше 1000 т, то есть промышленное производство стероидных препаратов потребляет не менее 2000 т стеринов, включая фитостерины.
Стероидные лекарственные средства широко применяются в России. В регистре лекарственных средств России зарегистрировано около 80 наименований действующих веществ стероидной структуры, лекарственные формы которых зачастую являются единственно эффективными в ряде заболеваний. Некоторые из них включены в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов. Из 20 наименований стероидных препаратов, включенных в перечень ЖВНЛС Минздравсоцразвития России на 2012 год, 19 могут быть произведены из фитостеринов (табл. 1).
Таблица 1. Лекарственные препараты из фитостеринов
Терапевтическо-химическая
классификация |
Лекарственные препараты |
Анаболические стероиды |
Нандролон |
Калийсберегающие диуретики |
Спиронолактон |
Глюкокортикоиды |
Метилпреднизолон, метилпреднизолонаацепонат, мометазон, бетаметазон, гидрокортизон, дексаметазон, преднизолон, беклометазон, будесонид, флутиказон |
Андрогены |
Тестостерон, смесь эфиров тестостерона |
Природные эстрогены |
Эстрадиол |
Гестагены |
Прогестерон |
Производные эстрена |
Норэтистерон |
Минералокортикоиды |
Флудрокортизон |
Противоопухолевые гестагены |
Медроксипрогестерон |
Фитостерины могут быть получены не только из отходов переработки растительных масел, но и древесины. Однако первые как субстраты для биотехнологических процессов имеют преимущество, так как не содержат примеси ароматических соединений (продуктов деградации лигнина), которые могут обладать антибиотическими свойствами. Это имеет большое значение, так как окислительная деградация стеринов проводится с применением живых микроорганизмов. Кроме того, присутствие примесей жирных кислот и токоферолов может оказывать положительное влияние на процесс.
К сожалению, в России до сих пор не существует собственного промышленного производства фитостеринов, отсутствие которого сдерживает организацию промышленного биотехнологического производства 3-кетоандростанов и тем самым отечественного производства стероидных медицинских препаратов. При этом в России имеются эффективные технологии получения фитостеринов из соевого деодистиллята низкого содержания (5 %) со степенью извлечения более 96 % и содержанием суммы стеринов не менее 90 %, а также эффективные технологии получения стерин-обогащенных деодистиллятов сои, пригодных для биотрансформации в 3-кетоандростаны без дополнительной очистки. Так, в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН, г. Пущино (ИБФМ РАН), проведено изучение возможности использования деодистиллята соевого масла ( LG LifeScience, SouthKorea) в качестве субстрата для микробиологической трансформации содержащихся в нем фитостеринов в 9-альфа-гидроксиАД, а также трех образцов, обогащенных фитостеринами и полученных из деодистиллята с применением простых методов обработки, в сравнении с коммерческим чистым фитостерином. Содержание фитостеринов в скруберном масле и обогащенных образцах определено методом газовой хроматографии с предварительной дериватизацией образцов. Содержание фитостеринов в образцах и результаты трансформации приведены в табл. 2.
Таблица 2. Содержание фитостеринов в образцах и результаты их микробиологической трансформации
|
Образец субстрата
|
Содержание стеринов
всего, % |
Содержание трансформируемых стеринов всего, % |
Выход на очистке, % (от стеринов суммы) |
Параметры трансформации субстрата (10 г/л) |
Выход молярный, % |
Продолжительность, ч |
Контроль фитостерин (Kaukas OY, Финляндия) |
96,0 |
96,0 |
– |
65–70 |
45 |
Деодистиллят исходный |
13,3 |
12,5 |
– |
40–45 |
144–350 |
Перекристаллизация исходногодеодистиллята из этилового спирта |
59 |
49,7 |
91.6 |
66 |
50 |
Двойная перекристаллизация деодистиллята из этилового спирта |
68 |
56,5 |
86.5 |
64 |
52 |
Высаживание аддукта с CaCl2 из раствора деодистиллята в этилацетате и перекристаллизация из смеси этанол-гептан |
81 |
68,9 |
69 |
60 |
55 |
Наиболее эффективной, близкой по параметрам биотехнологического процесса к очищенному фитостерину, является трансформация образца № 1.
Таким образом, в биотехнологическом производстве 3-кетоандростанов возможна замена коммерческого фитостерина на более доступные и дешевые отходы промышленной переработки растительных масел, в частности, на скрубберное масло при условии проведения его простой предобработки. Кроме того, очевидна актуальность использования отходов очистки растительных масел для создания отечественного производства лекарственных препаратов стероидной структуры. Очищенный же фитостерин может быть использован как биологически активный ингредиент в производстве лекарств, косметических средств, а также в пищевой промышленности.
Источник: Журнал "Масла и жиры" |
